CN102904161B - 一种高功率集成激光光源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成激光光源，具体为一种高功率集成激光光源，解决了现有高功率集成激光光源的***散热性差、集成方式单一且空间利用率低的问题。一种高功率集成激光光源，包括合束光耦合装置；合束光耦合装置的左、右两侧对称竖直设有固定有带有准直透镜组合的第一激光器集成模块的第一热沉，合束光耦合装置的上方水平设有固定有汇聚透镜的支架；所述合束光耦合装置包括用于将第一激光器集成模块经准直透镜组合发出的激光光束反射或透射后垂直射入汇聚透镜上的第一镀膜玻璃组合。本发明结构简单、成本低廉、易于加工、便于装配，空间利用率高；可广泛适用于激光显示，激光照明及以激光为光源的光学分析仪器。
Description
技术领域
本发明涉及集成激光光源，具体为一种高功率集成激光光源。
背景技术
随着社会需求的发展，在激光显示和激光加工等领域，对激光光源的要求是能够发射高功率（几十瓦甚至近百瓦）和强度分布均匀且发散角小的高质量光束。但现有技术中很难实现单个激光光源的大功率输出，以半导体激光器为例，其单个输出功率只有几百毫瓦，因此，要实现大功率输出，必须进行多个激光器耦合集成。所以，在有限的空间内实现多个二极管激光器（LD）的大功率集成，同时兼顾散热问题成为激光应用领域的一个研究热点。
公开号为CN102520524A的“一种用于激光加工的高功率半导体激光光源***”专利中采用激光器叠阵通过在各自高度位置上设置反射镜形成反射光束后经整形透镜组整形从而实现高功率输出，但该设计方案的缺点是只能用于不同波长光集成、空间利用率低、发热密度高、不易于散热等。公开号为CN201886268U 的“一种用于投影显示的激光光源装置”专利中采用安装于阶梯形反射镜架上的反射镜组剔除无光区，再利用两个合色镜片将红色、蓝色和绿色激光器的光束合为白光，但由于激光器本身尺寸和散热结构的要求，该方案存在阶梯反射棱镜架空间利用率低、耦合效率差等问题。
发明内容
本发明为了解决现有高功率集成激光光源的***散热性差、集成方式单一且空间利用率低的问题，提供了一种高功率集成激光光源。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种高功率集成激光光源，包括合束光耦合装置；合束光耦合装置的左、右两侧对称竖直设有固定有带有准直透镜组合的第一激光器集成模块的第一热沉（所谓热沉，是指它的温度不随传递到它的热能的大小变化，它可以是大气、大地等物体；工业上是指微型水冷散热片，用来冷却电子芯片的装置），合束光耦合装置的上方水平设有固定有汇聚透镜的支架；所述合束光耦合装置包括用于将第一激光器集成模块经准直透镜组合发出的激光光束反射或透射后垂直射入汇聚透镜上的第一镀膜玻璃组合。工作时，位于合束光耦合装置左、右两侧的第一激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后通过合束光耦合装置反射或透射后垂直射入汇聚透镜中实现激光的集成。
所述第一激光器集成模块、准直透镜组合、合束光耦合装置为本领域技术人员容易实现的技术。
本发明的耦合装置体积小，采用交叉式分段镜面布置结构，并利用分段反射透射膜技术，有效剔除了无光区，提高光源空间利用率；采用反射透射膜技术、结合激光光源立体式布置结构，使得光源出射面上可实现多光束同区域叠加，从而保证小的光学扩展量，提高了出射光的功率密度；激光器集成模块可以按照功率需求扩展激光器的数量，从而实现高功率集成；激光器集成模块采用空间立体设置，每个激光光源具有更大的散热空间，可有效减低了散热设计要求。
本发明结构简单、成本低廉、易于加工、便于装配，空间利用率高，散热性好，可实现同色、异色光的不同方式叠加，集成方式多样化；解决了现有高功率集成激光光源的***散热性差、集成方式单一且空间利用率低的问题，可广泛适用于激光显示，激光照明及以激光为光源的光学分析仪器。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图。
图2是图1的立体图。
图3是实施例2的结构示意图。
图4是图3的立体图。
图5是实施例3的结构示意图。
图6是实施例4的结构示意图。
图7是实施例5的结构示意图。
图8是实施例6的结构示意图。
图9是实施例7的结构示意图。
图中：100-支架；101-汇聚透镜；102-第激光器集成模块；103-第一热沉；104-第一镀膜玻璃；105-第二镀膜玻璃；203-第二热沉；206-第二激光器集成模块；303-第三热沉；304-第三镀膜玻璃；305-第四镀膜玻璃；306-第三激光器集成模块；403-第四热沉；406-第四激光器集成模块；503-第五热沉；504-第五镀膜玻璃；505-第六镀膜玻璃；506-第五激光器集成模块；703-第六热沉；704-第八镀膜玻璃；705-第七镀膜玻璃；706-第六激光器集成模块；804-第九镀膜玻璃；805-第十镀膜玻璃。
具体实施方式
实施例1：同色光集成结构
一种高功率集成激光光源，包括合束光耦合装置；合束光耦合装置的左、右两侧对称竖直设有固定有带有准直透镜组合的第一激光器集成模块102的第一热沉103，合束光耦合装置的上方水平设有固定有汇聚透镜101的支架100；所述合束光耦合装置包括用于将第一激光器集成模块102经准直透镜组合发出的激光光束反射或透射后垂直射入汇聚透镜101上的第一镀膜玻璃组合。所述第一镀膜玻璃组合包括若干个均布于与水平面的夹角为45°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合左侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第一镀膜玻璃104、以及若干个均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合右侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第二镀膜玻璃105，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧的第一激光器集成模块102的波长均为λ1；第一镀膜玻璃104、第二镀膜玻璃105的与汇聚透镜101相对的面上镀有波长为λ1的反射膜。
工作时，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧且波长为λ1的第一激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后分别通过第一镀膜玻璃、第二镀膜玻璃反射后垂直射入汇聚透镜中。
实施例2：异色光集成结构
一种高功率集成激光光源，包括合束光耦合装置；合束光耦合装置的左、右两侧对称竖直设有固定有带有准直透镜组合的第一激光器集成模块102的第一热沉103，合束光耦合装置的上方水平设有固定有汇聚透镜101的支架100；所述合束光耦合装置包括用于将第一激光器集成模块102经准直透镜组合发出的激光光束反射或透射后垂直射入汇聚透镜101上的第一镀膜玻璃组合。所述第一镀膜玻璃组合包括若干个均布于与水平面的夹角为45°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合左侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第一镀膜玻璃104、以及若干个均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合右侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第二镀膜玻璃105，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧的第一激光器集成模块102的波长均为λ1；第一镀膜玻璃104、第二镀膜玻璃105的与汇聚透镜101相对的面上镀有波长为λ1的反射膜。所述合束光耦合装置的下方水平设有固定有波长为λ2且带有准直透镜组合的第二激光器集成模块206的第二热沉203，与第二激光器集成模块206发出的激光光束相交的第一镀膜玻璃104、第二镀膜玻璃105的另一面上镀有波长为λ2的增透膜。
工作时，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧且波长为λ1的第一激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后分别通过第一镀膜玻璃、第二镀膜玻璃反射后垂直射入汇聚透镜中，同时位于合束光耦合装置下方且波长为λ2的第二激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后通过镀有波长为λ2的增透膜的第一镀膜玻璃104、第二镀膜玻璃105透射后也垂直射入汇聚透镜中；从而实现波长为λ1 、λ2 的异色光的集成。
实施例3：异色光叠加集成结构
一种高功率集成激光光源，包括合束光耦合装置；合束光耦合装置的左、右两侧对称竖直设有固定有带有准直透镜组合的第一激光器集成模块102的第一热沉103，合束光耦合装置的上方水平设有固定有汇聚透镜101的支架100；所述合束光耦合装置包括用于将第一激光器集成模块102经准直透镜组合发出的激光光束反射或透射后垂直射入汇聚透镜101上的第一镀膜玻璃组合。所述第一镀膜玻璃组合包括若干个均布于与水平面的夹角为45°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合左侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第一镀膜玻璃104、以及若干个均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合右侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第二镀膜玻璃105，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧的第一激光器集成模块102的波长均为λ1；第一镀膜玻璃104、第二镀膜玻璃105的与汇聚透镜101相对的面上镀有波长为λ1的反射膜。所述第一镀膜玻璃组合与第二热沉203之间还设有第二镀膜玻璃组合，第二镀膜玻璃组合的左、右两侧对称竖直设有固定有波长为λ3且带有准直透镜组合的第三激光器集成模块306的第三热沉303；所述第二镀膜玻璃组合包括若干个均布于与水平面的夹角为45°的斜面上且用于反射第二镀膜玻璃组合左侧的第三激光器集成模块306发出的激光光束的第三镀膜玻璃304、以及若干个均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第二镀膜玻璃组合右侧的第三激光器集成模块发出的激光光束的第四镀膜玻璃305，第三镀膜玻璃304、第四镀膜玻璃305的与汇聚透镜101相对的面上均镀有波长为λ3的反射膜；与第二激光器集成模块206发出的激光光束相交的第三镀膜玻璃304、第四镀膜玻璃305的另一面上均镀有波长为λ2的增透膜。
工作时，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧且波长为λ1的第一激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后分别通过第一镀膜玻璃、第二镀膜玻璃反射后垂直射入汇聚透镜中，同时位于第二镀膜玻璃组合左、右两侧且波长为λ3的第三激光器集成模块经准直透镜组合的准直后分别通过第三镀膜玻璃、第四镀膜玻璃反射后垂直射入汇聚透镜中；而且位于合束光耦合装置下方且波长为λ2的第二激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后依次通过镀有波长为λ2的增透膜的第三镀膜玻璃、第四镀膜玻璃和第一镀膜玻璃104、第二镀膜玻璃105透射后也垂直射入汇聚透镜中；从而实现波长为λ1 、λ2、λ3的异色光的叠加集成。
实施例4：同色光集成结构
一种高功率集成激光光源，包括合束光耦合装置；合束光耦合装置的左、右两侧对称竖直设有固定有带有准直透镜组合的第一激光器集成模块102的第一热沉103，合束光耦合装置的上方水平设有固定有汇聚透镜101的支架100；所述合束光耦合装置包括用于将第一激光器集成模块102经准直透镜组合发出的激光光束反射或透射后垂直射入汇聚透镜101上的第一镀膜玻璃组合。所述第一镀膜玻璃组合包括若干个均布于与水平面的夹角为45°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合左侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第一镀膜玻璃104、以及若干个均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合右侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第二镀膜玻璃105，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧的第一激光器集成模块102的波长均为λ1；第一镀膜玻璃104、第二镀膜玻璃105的与汇聚透镜101相对的面上镀有波长为λ1的反射膜。所述第一镀膜玻璃组合的下方水平设有固定有波长为 λ1且带有准直透镜组合的第四激光器集成模块406的第四热沉403，与第四激光器集成模块406发出的激光光束相交的第一镀膜玻璃104、第二镀膜玻璃105与汇聚透镜101相对的面上分段镀有波长为λ1的反射膜。
工作时，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧且波长为λ1的第一激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后分别通过第一镀膜玻璃、第二镀膜玻璃上镀有波长为λ1 的反射膜的部分反射后垂直射入汇聚透镜中，同时位于第一镀膜玻璃组合下方且波长为λ1 的第四激光器集成模块经准直透镜组合准直后通过第一镀膜玻璃、第二镀膜玻璃上未镀有波长为λ1 的反射膜的部分透射后垂直射入汇聚透镜中，从而实现同色光的集成。
实施例5：同色光叠加集成结构
一种高功率集成激光光源，包括合束光耦合装置；合束光耦合装置的左、右两侧对称竖直设有固定有带有准直透镜组合的第一激光器集成模块102的第一热沉103，合束光耦合装置的上方水平设有固定有汇聚透镜101的支架100；所述合束光耦合装置包括用于将第一激光器集成模块102经准直透镜组合发出的激光光束反射或透射后垂直射入汇聚透镜101上的第一镀膜玻璃组合。所述第一镀膜玻璃组合包括若干个均布于与水平面的夹角为45°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合左侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第一镀膜玻璃104、以及若干个均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合右侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第二镀膜玻璃105，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧的第一激光器集成模块102的波长均为λ1；第一镀膜玻璃104、第二镀膜玻璃105的与汇聚透镜101相对的面上镀有波长为λ1的反射膜。所述第一镀膜玻璃组合的下方设有第三镀膜玻璃组合，第三镀膜玻璃组合的左、右两侧对称竖直设有固定有波长为λ1且带有准直透镜组合的第五激光器集成模块506的第五热沉503；所述第三镀膜玻璃组合包括若干个均布于与水平面的夹角为45°的斜面上且用于反射第三镀膜玻璃组合左侧的第五激光器集成模块506发出的激光光束的第五镀膜玻璃504、以及若干个均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第三镀膜玻璃组合右侧的第五激光器集成模块506发出的激光光束的第六镀膜玻璃505，第五镀膜玻璃504、第六镀膜玻璃506的与汇聚透镜101相对的面上均镀有波长为λ1的反射膜；与经第五镀膜玻璃504、第六镀膜玻璃506反射出的激光光束相交的第一镀膜玻璃104、第二镀膜玻璃105与汇聚透镜101相对的面上分段镀有波长为λ1的反射膜。
工作时，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧且波长为λ1的第一激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后分别通过第一镀膜玻璃、第二镀膜玻璃上镀有波长为λ1 的反射膜的部分反射后垂直射入汇聚透镜中，同时位于第三镀膜玻璃组合左、右两侧且波长为λ1的第五激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后分别通过第五镀膜玻璃、第六镀膜玻璃反射后再通过第一镀膜玻璃、第二镀膜玻璃上未镀有波长为λ1 的反射膜的部分透射后垂直射入汇聚透镜中。
实施例6：异色光集成结构
一种高功率集成激光光源，包括合束光耦合装置；合束光耦合装置的左、右两侧对称竖直设有固定有带有准直透镜组合的第一激光器集成模块102的第一热沉103，合束光耦合装置的上方水平设有固定有汇聚透镜101的支架100；所述合束光耦合装置包括用于将第一激光器集成模块102经准直透镜组合发出的激光光束反射或透射后垂直射入汇聚透镜101上的第一镀膜玻璃组合。所述第一镀膜玻璃组合包括均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合左侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的若干个第七镀膜玻璃705，相邻第七镀膜玻璃705之间设有与第七镀膜玻璃705垂直且用于反射第一镀膜玻璃组合右侧的第一激光集成模块102发出的激光光束的第八镀膜玻璃704；第一镀膜玻璃组合左、右两侧的第一激光器集成模块102的波长均为λ1；第一镀膜玻璃组合的下方水平设有固定有波长为λ2且带有准直透镜组合的第六激光器集成模块706的第六热沉703，第七镀膜玻璃705、第八镀膜玻璃704的与汇聚透镜101相对的面上均镀有波长为λ1的反射膜；与第六激光器集成模块706发出的激光光束相交的第七镀膜玻璃705、第八镀膜玻璃704的另一面上镀有波长为λ2的增透膜。
工作时，位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧且波长为λ1的第一激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后分别通过第七镀膜玻璃、第八镀膜玻璃反射后垂直射入汇聚透镜中，同时位于合束光耦合装置下方且波长为λ2的第六激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后通过镀有波长为λ2的增透膜的第七镀膜玻璃、第八镀膜玻璃透射后也垂直射入汇聚透镜中；从而实现波长为λ1 、λ2 的异色光的集成。
实施例7：异色光集成结构
一种高功率集成激光光源，包括合束光耦合装置；合束光耦合装置的左、右两侧对称竖直设有固定有带有准直透镜组合的第一激光器集成模块102的第一热沉103，合束光耦合装置的上方水平设有固定有汇聚透镜101的支架100；所述合束光耦合装置包括用于将第一激光器集成模块102经准直透镜组合发出的激光光束反射或透射后垂直射入汇聚透镜101上的第一镀膜玻璃组合。所述第一镀膜玻璃组合左侧的第一激光器集成模块102的波长为λ1而右侧的第一激光器集成模块102的波长为λ2；所述第一镀膜玻璃组合包括若干个均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合右侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第九镀膜玻璃804，每个第九镀膜玻璃804的右端垂直固定有位于第九镀膜玻璃804下方且用于反射第一镀膜玻璃组合左侧的第一激光器集成模块102发出的激光光束的第十镀膜玻璃805；第九镀膜玻璃804的与汇聚透镜101相对的面上分段镀有波长为λ2的反射膜，第十镀膜玻璃805的与汇聚透镜101相对的面上镀有波长为λ1的反射膜。
工作时，位于第一镀膜玻璃组合右侧且波长为λ2的第一激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后通过第九镀膜玻璃上镀有波长为λ2 的反射膜的部分反射后垂直射入汇聚透镜中，同时位于第一镀膜玻璃组合左侧且波长为λ1的第一激光器集成模块发出的激光光束经准直透镜组合准直后通过第十镀膜玻璃反射后再通过第九镀膜玻璃上未镀有波长为λ2 的反射膜的部分透射后垂直射入汇聚透镜中，从而实现异色光的集成。
具体实施时，所述第一、二、三、四、五、六激光器集成模块可采用单个半导体激光器芯片或半导体激光器Bar条或多个半导体激光器组成的激光器阵列，所述准直透镜组合可采用单个非球面透镜或柱面透镜。
Claims (2)
1.一种高功率集成激光光源，其特征在于：包括合束光耦合装置；合束光耦合装置的左、右两侧对称竖直设有固定有带有准直透镜组合的第一激光器集成模块（102）的第一热沉（103），合束光耦合装置的上方水平设有固定有汇聚透镜（101）的支架（100）；所述合束光耦合装置包括用于将第一激光器集成模块（102）经准直透镜组合发出的激光光束反射或透射后垂直射入汇聚透镜（101）上的第一镀膜玻璃组合；所述第一镀膜玻璃组合包括若干个均布于与水平面的夹角为45°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合左侧的第一激光器集成模块（102）发出的激光光束的第一镀膜玻璃（104）、以及若干个均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第一镀膜玻璃组合右侧的第一激光器集成模块（102）发出的激光光束的第二镀膜玻璃（105），位于第一镀膜玻璃组合左、右两侧的第一激光器集成模块（102）的波长均为λ1；第一镀膜玻璃（104）、第二镀膜玻璃（105）的与汇聚透镜（101）相对的面上镀有波长为λ1的反射膜；
所述第一镀膜玻璃组合的下方水平设有固定有波长为λ1且带有准直透镜组合的第四激光器集成模块（406）的第四热沉（403），与第四激光器集成模块（406）发出的激光光束相交的第一镀膜玻璃（104）、第二镀膜玻璃（105）与汇聚透镜（101）相对的面上分段镀有波长为λ1的反射膜；
或者，所述合束光耦合装置的下方水平设有固定有波长为λ2且带有准直透镜组合的第二激光器集成模块（206）的第二热沉（203），与第二激光器集成模块（206）发出的激光光束相交的第一镀膜玻璃（104）、第二镀膜玻璃（105）的另一面上镀有波长为λ2的增透膜。
2.根据权利要求1所述的一种高功率集成激光光源，其特征在于：所述第一镀膜玻璃组合与第二热沉（203）之间还设有第二镀膜玻璃组合，第二镀膜玻璃组合的左、右两侧对称竖直设有固定有波长为λ3且带有准直透镜组合的第三激光器集成模块（306）的第三热沉（303）；所述第二镀膜玻璃组合包括若干个均布于与水平面的夹角为45°的斜面上且用于反射第二镀膜玻璃组合左侧的第三激光器集成模块（306）发出的激光光束的第三镀膜玻璃（304）、以及若干个均布于与水平面的夹角为135°的斜面上且用于反射第二镀膜玻璃组合右侧的第三激光器集成模块（306）发出的激光光束的第四镀膜玻璃（305），第三镀膜玻璃（304）、第四镀膜玻璃（305）的与汇聚透镜（101）相对的面上均镀有波长为λ3的反射膜；与第二激光器集成模块（206）发出的激光光束相交的第三镀膜玻璃（304）、第四镀膜玻璃（305）的另一面上均镀有波长为λ2的增透膜。
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